从密码子使用模式的角度探讨病毒与宿主的趋同进化

来源 :汕头大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanghai_007
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自然界中,病毒是一种最奇特的生命形式,必须在活细胞内寄生,完全的依赖宿主的的细胞结构和机制。基于病毒与宿主这种紧密联系的特性,它们之间物质和能量的交换必然会发生相互作用、相互影响。大部分病毒不能编码tRNA主要的依赖宿主的tRNA库,为了更精确和迅速的产生子代病毒,其密码子使用模式必定向宿主趋同本研究的重点是从病毒对宿主表达系统的适应性的角度来分析它们之间的趋同进化。  本论文的第一部分利用公共数据库(NCBI)已有的能够感染脊椎动物的单股正链RNA病毒(+ssRNA)的序列数据,对这些病毒对宿主的表达系统的适应性进行对比和分析。自然界中,有些病毒能够感染多个或多种宿主,有些却仅仅只有一个宿主。我们根据病毒宿主的范围,把它归类为广谱病毒(BSTV)和窄谱病毒(NSTV)。在此次研究中,通过计算密码子使用指数和运用统计分析方法,我们比较了266种单股正链的RNA病毒对宿主tRNA 池的匹配度(MD)和密码子使用偏好的相似度D(A,B)。  结果显示:  1、匹配度(MD)分析中,窄谱病毒对宿主tRNA池的匹配度显著地高于广谱病毒。  2、相似度D(A,B)的分析中,窄谱病毒与特定宿主的密码子使用模式的相似度也显著的高于广谱病毒。  3.有效密码子数(ENC)的分析中,可以得知266种单股正链的RNA病毒总的密码子使用偏好性都是很低的,但是相对的窄谱病毒密码子的偏好性强于广谱病毒。我们的数据表明窄谱病毒对特定宿主的适应性优于广谱病毒。这是首次详细的描述病毒对宿主表达系统适应性的研究。该研究将增加我们对(+ssRNA)病毒进化、免疫逃逸、对宿主和环境适应性的理解。  本论文的第二部分重点研究了单股负链RNA病毒(-ssRNA)中甲型流感病毒(禽流感病毒),利用公共数据库(NCBI)已有的禽流感病毒(AIVs)的序列数据,对病毒与分离宿主(绿头鸭)和潜在宿主(人)密码子使用模式的适应性进行研究,从而找到趋同进化的“痕记”。先前的研究表明,水鸟是禽流感病毒(AIVs)的自然宿主,AIVs分为16个血凝素(HA)亚型和9个神经氨酸酶(NA)亚型。然而在自然界中H8,H14,N4,N5亚型是非常罕见的,并且仅仅只有H5,H6,H7,H9,H10亚型,特别是H5,H7亚型频繁的发生小范围的感染人的事件。尽管对于禽流感病毒有着广泛且深入的病原学和分子进化研究,但是仍然无法明确的解释为什么有些亚型在野鸟中是罕见的,有些却随处可见;为什么H5和H7亚型的禽流感病毒比其他亚型更容易感染人。由于病毒增殖完全的依赖宿主的细胞机制,为了更加高效利用宿主的细胞机制和更迅速的复制,病毒与宿主的密码子使用模式一定是协同进化的。因此,我们研究的目的是检测不同亚型的禽流感病毒对宿主(禽和人)表达系统的适应性。在本次研究中,分析了相对密码子使用频率(RSCU)和病毒与宿主密码子使用模式相似度(D(A,B))。总体上HA亚型中的H8、H14 和NA亚型中的N4、N5展现出更低的D(A,B)值,表明其对宿主的适应性相对其他亚型更弱。这也许一定程度上解释了为什么这些亚型在禽病的检测中更稀少。H5血凝素和N1神经氨酸酶无论对禽类还是人类宿主中都有着最高的D(A,B)值,表明了其对宿主的适应性优于其他亚型。虽然很多因素与禽流感病毒的增殖和感染有关,密码子使用模式的高适应性也在一定程度上解释了为什么引起人类感染的H5N1型禽流感无论对人还是禽类都有着相对较短的潜伏期。我们的研究揭示了甲型流感病毒对宿主表达系统适应性的不同与被感染宿主疾病的发生和进展是密切相关的。由于本文的研究全部基与生物信息学、统计学和目前已有的病原学研究,重点研究的是禽流感病毒(-ssRNA)和266种单股正链的RNA病毒(+ssRNA)在选择压力下,对宿主密码子使用模式发生的趋同进化,因此并没有进行实质的动物实验对遗传信息转变的分子机制验进行证,加上可用数据和分析方法的局限性,病毒与宿主之间的趋同进化的分子机制需要进一步深入的研究。
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